Superprevodni spoji niobij-titan

Povezava med kvantno tehnologijo in superprevodnostjo
Kvantno računalništvo in komunikacija sta močno odvisna od superprevodnih elementov, kot so kapilarne cevi iz niobija in titana.

Kapilarna cev iz niobija in titana

Material kapilarne cevi Nb-Ti: Ti-45Nb, Nb53 % Ti47 %, Nb-50 % Ti
Specifikacija kapilarne cevi iz niobija in titana:
OD1 mm X debelina stene 0.14 mm X 1000 mm
OD1,4 mm X debelina stene 0.14 mm X 1000 mm
OD2,2 mm X debelina stene 0.18 mm X 1500 mm

 

Superprevodni spoji iz niobija in titana

Zaradi ničelnega upora superprevodnih materialov se superprevodni spoji niobij-titan (Nb-Ti) običajno uporabljajo kot superprevodni kabli v elektroenergetiki.

 

Za zagotavljanje ultra-stabilnega magnetnega polja, delovanje v vztrajnem načinu v superprevodnem magnetnem sistemu zahteva superprevodne spoje. Tukaj podajamo podrobno poročilo o vrednotenju niobij-titanovih superprevodnih spojev, ki so bili racionalno izdelani. Dve vrsti svinčevo-bizmutove (Pb-Bi) spajke, vključno s Pb42Bi58 kot novo sestavo, sta bili uporabljeni v tehniki zamenjave spajkalne matrice za ustvarjanje superprevodnih spojev za praktično uporabo. Pri 4,2 K so vsi spoji dosegli kritični tok, večji od 200 A. Pri preskusu tuljave z zaprto zanko je naša izboljšana tehnika superprevodnega spajanja ustvarila skupni upor vezja 3.25 1014 pri 4,2 K v lastnem polju. Nenazadnje je bilo prikazano delovanje v trajnem načinu v elektromagnetni tuljavi Nb-Ti s stikalom za trajni tok. Ta raziskava bo odprla vrata ustvarjanju visoko zmogljivih Nb-Ti superprevodnih spojev za uporabo v resničnem svetu.

 

V majhnem prostoru z običajnimi bakrenimi (Cu) magneti ni mogoče ustvariti močnega magnetnega polja, lahko pa ga superprevodni magneti. Superprevodni magneti so pogosto izdelani iz niobij-titana (Nb-Ti), ki ima kritično temperaturo (Tc) 9,2 K in se uporablja v različnih aplikacijah v realnem svetu. Sposobnost ustvarjanja zanesljivih "superprevodnih spojev" je ena od značilnih lastnosti Nb-Ti, zaradi katere je primeren za večino komercialnih aplikacij. Magnet Nb-Ti lahko deluje v vztrajnem načinu in doseže izjemno stabilno magnetno polje (dolgotrajna hitrost drifta magnetnega polja reda 0.1 ppm/h) zahvaljujoč superprevodnim spojem1.

Oba konca superprevodnega magneta Nb-Ti je treba povezati s stikalom za obstojni tok (PCS), ki uporablja superprevodne spoje iz niobija in titana, da se omogoči delovanje v obstojnem načinu. Poročali so o izdelavi superprevodnih povezav prevodnikov Nb-Ti z uporabo različnih tehnik, vključno z zamenjavo spajkalne matrice2,3,4,5,6, ultrazvočnim varjenjem7, difuzijskim varjenjem8, hladnim stiskanjem9,10 in točkovno varjenje10,11. S stališča zanesljivosti se tehnika zamenjave spajkalne matrice z uporabo svinčevo-bizmutove (Pb-Bi) spajke, ki je superprevodna pri 4,2 K, pogosto uporablja v industrijskih okoljih za ustvarjanje spojev Nb-Ti11. Thornton je poročal o prvem visoko zmogljivem Nb- Povezave Ti, izdelane s tehniko zamenjave spajkalne matrice leta 19862. V lastnem polju pri 4,2 K je lahko zaprta zanka z enim samim spojem, ki je bil zgrajen zunaj, dosegla kritično gostoto toka (Jc) do 143 kA/cm2 . Upornost različnih stikov Nb-Ti, ki so jih ustvarili Swenson et al. z uporabo Thorntonovega pristopa je bila ovrednotena z uporabo običajne tehnike štirih sond3. Lahko so dosegli upornost spoja 1 1011 v 1 T pri 4,2 K. Cheng et al so poročali tudi o rezultatih številnih Nb-Ti spojev za 400 MHz jedrski magnetni resonančni magnet. V poskusu z zaprto zanko so eden od njihovih sklepov je dosegel kritični tok (Ic) 89,5 A in skupni upor 1.8 1013 v 1 T pri 4,2 K. Za 7 T magnetno magnetno resonančno slikanje živali (MRI) magnet, Liu et al. prav tako izdelal in preučil spoje Nb-Ti5. Njegovi spoji, ki so bili narejeni iz 15 1 mm2 Nb-Ti/Cu žice, so imeli Ic 1160 A in 15 1014 v 0,6 T pri 4,2 K. Nedavno, leta 2015, je Motomune et al.6 raziskali tokovne poti v spojih Nb-Ti, ustvarjenih z zamenjavo spajkalne matrice. Kljub dejstvu, da se superprevodni spoji Nb-Ti pogosto izdelujejo v sektorju MRI in so bistveni del magnetov za MRI, ni bilo veliko raziskav o tehnikah superprevodnega spajanja večfilamentnih Nb-Ti prevodnikov.

Kot odgovor sta bili v tem delu ocenjeni dve različici spajke Pb-Bi glede na Jc in Tc kot izvedljivi možnosti za superprevodne stike Nb-Ti. SEM je bil nato uporabljen za določitev idealnega časa jedkanja za Cu matriko s kositrom (Sn) in Sn s Pb-Bi (SEM). Ti rezultati so privedli do izdelave superprevodnih spojev v pretežno inertni atmosferi za preprečevanje oksidacije in njihove karakterizacije pri 4,2 K v različnih magnetnih poljih. Za natančno določitev upora spoja je bila izdelana in preizkušena tuljava z zaprto zanko Nb-Ti z enim obratom z uporabo metode merjenja razpada polja. S prikazom delovanja v vztrajnem načinu v prototipu magneta Nb-Ti je bilo potrjeno delovanje v vztrajnem načinu v novo zgrajenih superprevodnih spojih iz niobija in titana za magnet v obstojnem načinu.

Sklepi
Opisali smo metodo zamenjave spajkalne matrice za superprevodno pritrditev večfilamentnega Nb-Ti prevodnika, skupaj z rezultati testiranja za superprevodne spoje. Prvi korak je bil potrditev sestave dveh Pb-Bi spajk, Pb44.5Bi55.5 in Pb42Bi58, ki lahko vplivata na njune superprevodne sposobnosti. Oba spajka sta imela primanjkljaj Pb do 1,6 odstotka. Ugotovljeno je bilo, da je magnetni Jc Pb44,5Bi55,5 in Pb42Bi58 2.9 103 Acm2 oziroma 1.19 103 Acm2 v 1 T pri 4,2 K, vendar je Tc (začetek) 8,5 K je bil izmerjen za obe spajci. Najboljša zmogljivost, o kateri so kdaj poročali, je bila Jc za Pb44.5Bi55.5. Ic enega najboljših spojev, narejenih s Pb44.5Bi55.5, je bil 136 A pri 1,65 T pri 4,2 K. Rezultati magnetnih meritev so bili skladni s podparikalnimi zmogljivostmi spojev, ustvarjenih s Pb42Bi58, v primerjavi s Pb44.5Bi55. 5. Opazili smo tudi, da doseganju visoke učinkovitosti spoja ni pripomogla ohlapna vezava bakrene žice v spoju. Spoj je bil izdelan z enoobratno Nb-Ti tuljavo z zaprto zanko, tako da je bilo mogoče meritev upadanja polja uporabiti za natančen izračun upora spoja. Izmerjeni skupni upor tokokroga, ki je v skladu s tehničnimi specifikacijami za delovanje v trajnem načinu, je bil 3.25 1014 v lastnem polju pri 4,2 K. Nazadnje je bila uporabljena elektromagnetna tuljava Nb-Ti z dvema spojkama in PCS za prikaz delovanja v trajnem načinu. Razvoj visoko zmogljivih Nb-Ti superprevodnih spojev bo omogočen z metodično preiskavo in ugotovitvami o postopku Niobij-titanovih superprevodnih spojev, ki so opisani v tem dokumentu.

 

 

 

 

Priljubljena oznake: Niobij-titan superprevodni spoji, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, po meri, nakup, cena, ponudba, kakovost, naprodaj, na zalogi